我国水工建筑物基岩基础保护层开挖技术发展与思考

我国水工建筑物基岩基础保护层开挖技术发展与思考摘要：通过对我国水建筑物基岩基础保护开挖技术发展的回顾、分析，提出了水电系统工程爆破技术中对基岩保护层开挖技术这一重要研究课题的研究新方向。关键词：基础保护层发展原水电部颁发的SDJ211-83《水工建筑物岩石基础开挖工程技术规范》和现行规范SL47-94中规定，因为水工建筑物对基岩有特殊的要求，基础开挖时必须设保护层，保护层厚度与上部药卷直径成倍数关系（见规范）或据现场试验确定。70年代至80年代初，对于水工建筑物基岩基础垂直保护层的开挖一直沿用原规范的规定进行：浅眼火炮逐层开挖，这样“层层剥皮”往往需要3～5次方能完成，很难适应机械化施工，且与一般石方开挖比较单价贵几倍，劳动力多用几甚至十多倍，相应工期也较长，已构成水工建筑物基础开挖中的“老大难”。80年代后期至今，我国在建的大中型水电站在开挖过程中，保护层开挖技术得到快速发展。尤其是在三峡电站基础开挖过程中，对保护层开挖技术进行了深入的实践和研究，取得了丰硕的成果。对于倾斜和垂直的建基面均采用了预裂爆破或光面爆破的减震措施，因而水平保护层开挖技术可以说基本解决了。但在水工建筑物基础开挖施工中，如何做到技术经济的最佳组合，仍然是个值得研究的课题。2基岩保护层一次爆除技术为了改进基岩保护层的开挖方法，简化爆破程序，原水电部科技司与水电总局制订的《水电站工程爆破科研规划》把基岩保护层开挖一次爆除技术列为重点项目。80年代后期，我国水电系统的爆破科技人员，结合施工生产，对该课题进行了大量的试验研究工作，这些科研成果的推广与应用，不仅加快了水电工程的开挖进度，获得了明显的经济效益，而且也为新的研究课题提供了十分有用的资料。我国现阶段水电站基岩保护层一次性爆除技术试验研究和应用主要以下方式：a垂直炮孔孔底设置柔性层的小梯段毫秒延时微差爆破；b水平预裂加垂直孔孔间或排间微差爆破一次性挖除；c水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除；d侧向保护层的开挖：紧邻边坡2~3排孔作为缓冲孔，采用光面爆破方法开挖，必要时在缓冲孔前增加一道施工预裂，较果更好。2.1垂直炮孔孔底设置柔性层的小梯段毫秒延时微差爆破该技术采取的是综合措施，其要点是：a、以小梯段代替平地爆破；b、采用毫秒延时微差爆破；c、炮孔底部设置柔垫层；d、加大布孔密集系数；e、使用小直径乳化炸药并采用合理的装药结构。该项技术不少施工单位与科究机构进行过不同规模、不同深度的试验工作，但武警水电第二总队与长科院、长办施工研究所合作在江西万安水电站进行的试验研究工作，历时最长、规模最大、测试手段最齐全、试验成果最完整。一共进行了4组预备试验。1986年4月由水电部科技司和水电总局主持对试验成果作了技术鉴定，并在万安、鲁布格、湖南六都寨等工程中推广应用。经万安工程试验所推荐的爆破参数见表1。序号爆破参数单位推荐参数1梯段高度（孔深）m1.5~2.02孔径mm40~453孔距m4排距m0.652.0~2.56梅花型7mm25，328单孔装药kg0.4~0.69单位耗药量Kg/m30.37~0.45堵塞长度m0.5~0.8柔性垫层（直径/长度）cm3.5~4.0/18~20(15~50MS)延时雷管东江、沙溪口、万安、鲁布格、湖南六都寨等水电工程由于成功地采用基岩保护层一次爆除技术，不仅获得了明显的经济效益，而且为加快水电站基础开挖开拓了新的途径。2.2水平预裂加垂直孔孔间或排间微差爆破一次性挖除首先开挖先锋槽创造临空面，用潜孔钻沿水平建基面打一排水平预裂孔，用手风钻在水平建基面上的岩体打垂直孔，水平预裂孔在上部爆破孔尚未起爆前起爆，形成水平预裂缝，藉以削减上部爆破孔爆破时产生的应力波对保留岩体的破坏影响。最初，该技术试验应用较好的单位有水电第八工程局，用于湖南东江水电站河床基础的开挖。另外水电部闽江工程局与长科院、长办施工处合作在福建沙溪口水电站第一期工程岩石基础开挖中进行了相当规模的试验研究工作。试验成果于1986年4月由原水电部科技司和水电总局主持作了技术鉴定，并在沙溪口工程中加以应用。在三峡电站二期大坝厂房基础开挖时应用了该技术，其主要爆破参数见表2。序号参数序号参数1保护层厚度(梯段高度m)2..57垂直炮孔孔距(m)2钻孔直径(mm)428垂直炮孔排距(m)3水平预裂孔距(m)0.4~0.59垂直炮孔孔深(m)2.24水平预裂孔深(m)5.0单位耗药量(kg/m3)0.55~0.65水平预裂孔线装药量(g/m)180~220垂直炮孔药卷直径(mm)6水平预裂孔药卷直径(mm)堵塞段长度（m）0.7~0.82.3水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除为了消除因夹制作用水平预裂爆破本身产生的应力波对建基面产生的破坏性影响，在三峡电站二期大坝厂房基础保护层开挖时，采用水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除方法施工，实践证明效果优于水平预裂的方法，其主爆破参数见表3。保护层厚度m孔径(mm)孔深(m)部位孔距线装药量（g/m）单位耗药量(kg/m3)2.542~455第一排缓冲孔0.6~0.80.55~0.6第二排缓冲孔0.80.6~0.80.55~0.6光爆孔0.50.6~0.7180~2200.5~0.70.562.4侧向保护层的开挖侧向保护层大多采用光面爆破加缓冲孔的方式开挖，紧邻设计边坡面2~3排缓冲孔炮孔间距不大于1.5m，缓冲孔药卷直径减少为主炮孔药径的2/3~1/3，每孔装药量较梯段爆破主爆孔减少1/2~1/3。在武警水电部队承建的三峡永久船闸基础开挖时，对两侧直立边坡保护层外侧增加一道施工预裂和缓冲区，有效地降低了爆破应力波对边坡的破坏性影响。3基岩保护层开挖技术发展前景和思考水工建筑物基础对基岩的特殊要求：首先是对基岩承载力的要求，其次是对基础透水性的限制，因此在开挖过程中不应降低基岩的承载力和增大基础的透水性，力求不恶化基岩的天然结构和地质构造。目前，我国已建的和在建的大、中型水电站对水工建筑物的基础均毫无例外地布置了5~8米深的固结灌浆和1~3排足够深的帷幕灌浆，这一措施所获得的效果，应大大超过由于爆破对基岩的破坏影响。近几年来，基岩保护层一次性爆除技术发展追求目标是如何最大限度地降低爆破产生的应力波对基岩产生的破坏性影响。但采取任何一种方法开挖基岩保护层，包括过去采用的最为保守的浅眼火炮逐层开挖的方法，都不可避免地对基岩产生不同程度扰动破坏。笔者认为，关键是这种扰动是否会给不同等级水工建筑物或同一水工建筑物的不同部位产生不利影响，从这一角度去寻求技术上可行的、最为经济的保护层爆破开挖方法，才是今后基岩保护层开挖技术发展方向。基岩保护层一次爆除技术的试验成功和应用，虽然使以往沿用了几十年的比较陈旧的、效率和效益都很低的开挖方法得到了很大的改进，但仍不尽人意。由于爆破器材的快速发展，使爆破技术得到飞速发展，起爆网络设计更加灵活，可以做到孔间甚至孔内分段起爆。因此，一方面采用深孔梯段孔间毫秒延时微差爆破、加大布孔密集系数、小直径乳化炸药并采用合理的装药结构等措施，另一方面基础固结灌浆和